一次典型的致灾暴雨成因分析

2015-03-01李柯星

安徽农业科学 2015年4期

关键词：商丘急流低空

李柯星

(河南省商丘市气象局，河南商丘 476000)

一次典型的致灾暴雨成因分析

李柯星

(河南省商丘市气象局，河南商丘 476000)

利用自动气象站资料、Micaps常规资料、数值预报产品等气象资料，采用天气学和天气动力诊断分析方法，对2012年7月7～8日商丘暴雨过程进行了综合分析。结果表明，西太平洋副热带高压稳定少动，高空配合西风槽和冷空气的侵入，中低层切变线的动力抬升，西南低空急流强盛的水汽输送，地面冷暖气团的交汇，共同影响造成了商丘连续性暴雨；大面积的K指数高值区具备暴雨不稳定能量。

暴雨；成因分析；天气学；天气动力

夏季冷暖气团经常相遇于黄淮地区，给商丘带来暴雨等灾害性天气，造成巨大的经济损失。许多专家已对暴雨进行了研究[1-4]，但商丘暴雨个例分析较少，笔者针对2012年7月7～8日商丘致灾暴雨成因进行分析，研究此次暴雨发生、发展的规律和机理，积累一些预报经验。

1 资料和方法

利用商丘境内自动气象站资料、Micaps常规资料、数值预报产品等气象资料，采用天气学及天气动力诊断分析方法，对此次暴雨大尺度环流形势、主要影响系统、水汽条件、动力条件和高低空急流配置等进行分析。

2 雨情与灾情

2012年7月7～8日商丘出现区域性暴雨、大暴雨天气过程。7 月7～8 日过程雨量均超过80 mm，有 5个县超过 100 mm，平均降雨量139.5 mm。其中7日暴雨3个站，大暴雨1个站；8日暴雨2个站，大暴雨2个站。商丘站7～8 日连续2 d出现暴雨、大暴雨，雨量分别为76.1、110.9 mm，虞城雨量最大累计为254.4 mm，8日降水量为221.4 mm，达到极端事件标准，突破历史极值(表1)。

表1 2012年7月7～8日商丘各县市降雨量 mm

从商丘和虞城逐小时自动站雨量资料(图1)可以看出，降水持续时间较长，强降水主要集中在7日19：00～8日07：00，商丘19：00～20：00和20：00～21：00降雨强度最大，1 h最大降水量分别为41.0、37.8 mm，19：00～22：00最大降水量88.6 mm；虞城20：00～21：00和22：00～23：00降雨强度最大，1 h最大降水量分别为59.6、54.0 mm，20：00～23：00最大降水量131.3 mm。

图1 2012年7月7日11：00～8日10：00商丘/虞城自动站逐小时雨量

综上所述，此次暴雨过程的特点是强度大、范围广、强降水时段集中和持续时间较长等，属历史罕见，造成了严重影响。据商丘市民政局统计，截至8日14：00，此次灾害共造成梁园区、睢阳区、宁陵县、虞城县、民权县、柘城县36 291.79 hm2农田受灾，受灾人口达401 840人，因灾死亡1人，重伤1人；紧急转移安置702人，倒损房屋254户、569间，其中倒塌房屋244间，严重损坏25间，一般损坏300间；直接经济损失2 386万元，其中农业经济损失2 075万元。

3 天气形势和影响系统分析

3.1 500 hPa环流形势6日20：00，西太平洋副热带高压呈块状，588 dagpm线西伸至115°E，其北缘已经北抬至沿江地区；7日08：00(图2a)，副高略微减弱，东北地区为高压坝，贝加尔湖至河套南部有一低槽，温度槽落后于高度槽，槽后冷空气东移南下；7日20：00低槽移至呼和浩特至郑州一线，商丘地区处于副高西北侧584 dagpm线附近，受西南气流影响；8日08：00(图2b)，副高稳定，584 dagpm线位于宜昌、南京、上海一线，商丘受东移低槽影响；8日20：00低槽收缩东北移，降水逐渐停止。7月7～8日，中高纬度环流为两槽一脊型，贝加尔湖东部为一高压脊，日本海及高原分别为2个槽区，副热带高压脊线维持在23°N附近，588 dagpm线北缘稳定在28°～30°N，冷暖空气长时间交汇在商丘地区，强降水相对集中且持续时间较长。

图2 2012年7月7日08：00(a)和8日08：00(b)500 hPa天气形势

3.2 700和850 hPa环流形势700 hPa图上，7月7日08：00，槽线位于河套到四川南部，商丘处于槽前西南气流里；7日20：00低槽东移至呼和浩特、太原、西安一线，西南风速增大，风速辐合加强；8日08：00由于副高的阻挡作用，由南北向槽线转为东北-西南向切变线，切变线位于天津、西安、马尔康，同时在马尔康生成304 hPa的低压中心，切变线南侧为一致的西南气流，风速较大，徐州风速为16 m/s。850 hPa图上，7日08：00，重庆有一低涡中心，偏南风速增大；7日20：00，低空急流轴位于长沙、武汉、阜阳，商丘处于急流轴左前方，暖湿空气不断向北输送；8日08：00切变线位于济南到商丘一线，商丘处于切变线南侧西南气流里。

3.3 地面形势地面图上(图3)，7月7日08：00，兰州为一高压中心，呼和浩特至西安有一冷锋，7日20：00，冷锋东移至天津到郑州，商丘处于锋前暖气团中，8日08：00冷锋位于济南到商丘，受其影响，商丘有雷暴生成。

图3 2012年7月6～8日地面图和冷锋演变

4 物理量分析

4.1 水汽条件

4.1.1水汽通量。决定雨强的因子主要有水汽含量和上升速度的大小，水汽含量主要集中在低空700 hPa以下，产生大暴雨的条件是大气中必须具备充分的水汽通量和充足的水汽供应[5]。水汽通量的水平分布能揭示暴雨的水汽来源和主要水汽通道[6]。由7日08：00～8日08：00水汽通量图可知(图4)，850 hPa有一支水汽输送带，为来自南海的西南气流；西南—东北向的水汽通量值区从广东一直延伸至山东，商丘地区处于高值区，7日08：00水汽通量值为15 g/(cm·hPa·s)，20：00水汽通量值为18 g/(cm·hPa·s)，大值中心为20 g/(cm·hPa·s)，至8日02：00增大至28 g/(cm·hPa·s)，大值中心位于商丘地区，中心值为32 g/(cm·hPa·s)，08：00减小为16 g/(cm·hPa·s)。700 hPa与其类似。从各层水汽通量看，水汽通量主要在700 hPa以下，大值中心集中在900～950 hPa，即来自南海北上的暖湿气流是此次暴雨最主要的水汽输送带。由于这个水汽通量大值是向东北方向输送，使商丘上空的水汽通量不断加大，为强降雨提供了充沛的水汽。

图4 2012年7月7日08：00～8日08：00 850 hPa水汽通量演变

4.1.2水汽通量散度。分析7日08：00～8日08：00 850 hPa水汽通量散度变化情况发现，7日08：00商丘至安徽西部为水汽辐合区，辐合中心在阜阳，中心数值为-120 g/(cm2·hPa·s)；7日20：00驻马店至山东为水汽辐合区，商丘处于辐合中心，中心值为-48 g/(cm2·hPa·s)；对强降水有利；8日08：00水汽辐合区东北移至山东，河南为辐散区，降水减弱。在此次过程中商丘地区位于负的水汽通量散度区，水汽辐合较好，对降水比较有利。

4.2 动力条件

4.2.1强盛的上升运动。上升运动是形成暴雨的关键因子，上升运动强弱决定水汽凝结速度[7]，分析沿34.5°N大气垂直速度剖面图(图5)发现，7日08：00，在115°～116.5°E范围内，700 hPa至地面垂直速度为正值，商丘上空有下沉运动，此时没有降水；20：00，115°～117°E范围内，地面至200 hPa垂直速度均为负值，有上升运动，大值中心在115°～116°E，高度在700～850 hPa，中心最大上升速度<-28×10-3hPa/s，此时对流层强上升运动中心正好位于商丘地区上空，降雨强度最大，商丘19：00～20：00降雨量达41.0 mm，20:00～21:00降雨量37.8 mm，虞城20:00～21:00降雨量59.6 mm；8日08:00，负大值中心东移，商丘地区上空垂直速度变为正值，有下沉运动，商丘降水逐渐停止。由此说明，上升运动为暴雨提供动力条件，单站上空要有强的垂直上升运动，才有利于强降水的发生[8]。

图5 2012年7月7日20:00(a)和8日08:00(b)沿34.5°N垂直速度剖面(单位：10-3 hPa/s)

4.2.2涡度场和散度场。从高空各层涡度场和散度场可以看出，7日08：00，商丘地区上空500 hPa以下为正涡度区，500 hPa以上为负涡度区，850 hPa以下为辐散层，850 hPa以上为辐合层，此时不利于降水；7日20：00，正涡度值上升至300 hPa高度，且量值增大，500 hPa为正涡度中心区，最大涡度值>4×10-5s-1，辐合层在700 hPa以下，最强辐合在925 hPa 层，量值为-30×10-5s-1，700～200 hPa为辐散层，强辐散中心在600 hPa，中心值>15×10-5s-1，有利于上升气流的发展；8日08:00，正涡度区降至850 hPa以下，量值减小，850 hPa以上为负涡度区，辐散层在700 hPa以下，辐合层在700 hPa以上。可见高层大气的辐散是维持和加强低层辐合上升运动不可缺少的条件，这次强降水过程是出现在低空辐合、高空辐散的深厚上升运动区中。

4.3 高低空急流的耦合作用高空急流对暴雨的贡献主要是其辐散作用[9]。从200 hPa高空急流的时间和空间分布看，7月7日08：00，华北至东海有≥30 m/s的大风速区域，大值中心在渤海，商丘地区处于大风核的右后侧；7日20：00(图6)，从新疆经河套到朝鲜有一东西向≥30 m/s的大风速区域，中心最大风速46 m/s，商丘和华北之间的水平风速差值达14 m/s，商丘处于200 hPa急流大风核的右后侧，高空为辐散区；8日08：00急流强度减弱。

图6 2012年7月7日20：00高低空急流耦合图

低空急流出现在对流层下部，以850和700 hPa最明显。这次降水过程700 hPa没有出现急流，在此对850 hPa的急流进行了分析。7月7日08：00，850 hPa急流轴位于湖南南部至河南南部，中心风速值>14 m/s，急流的最北端伸至安徽阜阳；7日20：00(图6)，偏南分速增大，风速辐合增强，水汽向北输送有利；8日08：00，急流最北端已经进入山东，最大风速在湖南境内，>16 m/s，商丘地区处于急流轴的左前方和水平风速的辐合区中。

4.4 K指数从T639K指数图(图7)可以看出，7日08：00K指数的大值区位于安徽，商丘地区的K值为36～38 ℃；7日14：00，大值区北移，商丘地区的K值增大为39～40 ℃；7日20：00维持37～39 ℃，8日02：00，大值中心移至商丘地区，其值>40 ℃，8日08:00～20:00，大值中心东移，商丘K值仍为38～40 ℃。由此7月7日08：00～8日20：00商丘地区始终处于K指数>36 ℃ 的高值区内，K指数稳定维持较高的状态，大面积的K指数高值区表明商丘地区具备发生暴雨、强对流天气所需的大量的、持续的不稳定能量，相应地，K指数大值区与暴雨落区也基本一致。